骨再生材料有哪些类型？临床上分别如何应用？（下）

骨再生材料有哪些类型？临床上分别如何应用？（下）

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物理学性质的材料优化：

相较于生化性质，骨再生材料的物理机械性质是相对较晚被关注的一类，在研究初期往往被研究人员忽略，不过近年来的研究成果不断证明物理性质同样具有重要的作用。

从结构角度，许多骨再生材料具有孔隙结构，可以模拟自然骨组织的微观结构。这些孔隙可以提供细胞迁移的通道，孔隙率与孔径大小均会影响骨与血管新生。

另外，功能性表面结构也是很重要的物理性质：

例如，骨再生材料通常具有良好的附着性，能够与骨组织紧密结合，这有助于材料在植入后保持稳定，并提供一个良好的生长环境，促进新骨的生成和生长；

又如，仿生天然动物表皮或采用化学手段制备的近红外响应表面物理抗菌途径可在促进骨再生的同时有效避免潜在的口腔术后感染。

从力学角度，骨再生材料应具备适当的力学性能，以提供足够支持和稳定性。材料的刚度、强度与弹性等特性应与骨组织相匹配，以减少应力集中和骨折的风险。

人类骨皮质的抗压强度为90~230MPa、拉伸强度为90~190MPa，骨松质的抗压强度为2~45MPa。

因此，骨再生材料设计上需要保证力学性能并综合考虑材料孔径等其他物理性质以满足细胞生物学要求，这也是硬组织再生材料有别于软组织修复材料的特有要求。如在动物源性羟基磷灰石中掺杂氟离子进行改性，可显著改变晶格结构，降低材料孔隙率并提高材料力学性质。

下面针对当前口腔种植中骨再生材料的物理学性质相关热点问题进行探讨。

（1）材料复杂力学性能的骨再生调控：
值得一提的是，近年来基质材料的动态力学特征的生物学调控作用已经逐渐被学界所认知，如应力刚化、应力松弛和力学可塑性等性质在软组织和硬组织中均被报告。合理控制材料的多种复杂力学特征能够促进干细胞介导的骨再生。

应力刚化
是指细胞外基质(ECM)受到外界应力后刚度显著提升的现象。已有报告指出，在维持ECM静态刚度大致不变的情况下，通过微调其应力刚化阈值，MSC的分化方向可被人工调控。

在对外界应力较不敏感的基质中，MSC更趋向于向成骨方向分化，反之则趋向于成脂分化。虽然该成果并未直接应用于口腔硬组织再生，但这些发现为未来口腔种植骨再生材料的研发设计提供了宝贵新思路。

应力松弛
是指在ECM受到恒定应变的情况下，刚度随时间而降低的现象。已有报告指出，更快的基质应力松弛能够通过整合素介导的细胞黏附、RGD(Arg-Gly-Asp)配体的局部聚集、肌动球蛋白收缩和细胞力学介导因子YAP核定位等途径促进MSC的细胞伸展、增殖和成骨分化。

力学可塑性
是指在外力作用下，基质材料发生永久变形而不破裂的现象。在口腔种植领域，其应用之一体现在GBR技术中膜的选择。理想的GBR膜应具有足够的刚性，以承受其负荷软组织的压力。

同时，他还应该具有一定程度的可塑性，以便容易贴合骨缺陷区域的形状。总之，对于口腔骨增量材料而言，需要对多种类的复杂力学性能进行平衡，以实现良好的骨再生效果。

（2）口腔种植骨再生材料的个性化设计：
在口腔种植临床中选择骨再生材料时，需要考虑多种因素，以确保患者获得最佳的治疗结果。

材料的选择必须基于骨缺损的特征，包括形状、大小和位置以及具体手术方法和材料特征。不同大小的牙槽骨缺损对于材料孔隙结构、大小和骨传导能力的要求不尽相同，口腔环境的特殊性要求骨增量材料在植入不同阶段满足不同需求，如早期抗菌促炎，后期抑炎促成骨。

3D打印乃至4D打印技术的兴起使个性化设计逐渐成为现实：

例如，Zhang等通过3D打印制备了一种具有预螺纹孔的个性化PLGA/羟基磷灰石/β-磷酸三钙复合支架，以实现同期骨增量和种植体植入，降本增效，且减轻患者痛苦。

口腔种植骨再生材料的力学性能尤为重要，材料必须具有足够的强度和稳定性，以支持种植体的植入和骨组织再生。并且，材料的可操作性对于临床同样非常重要，其直接影响手术的效率和成功率。

在材料植入后，其骨结合所需的时间则取决于材料的类型、降解速度和程度、种植体的具体植入方式以及患者的自身生理、病理状态。如糖尿病人和老年人所需要骨诱导性更强的骨增量材料，牙周病病人需要抗菌性更强的材料等。

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结语

骨再生材料在口腔临床上具有非常丰富的应用，口腔中骨再生材料及其成骨机制一直以来都是国内外工程界的热点研究领域。

近年来，水凝胶、纳米颗粒/纤维、3D打印复合支架等多种形式的新型材料层出不穷，为口腔骨再生带来了更多的可能性。

然而，新一代骨生物材料的开发仍然面临一系列挑战，包括：

材料对局部微环境的时序调控以适配骨再生不同阶段需求

材料降解与新骨生成过程中机械性能的维持

大规模工程制造与个性化定制的整体方案

缺损区包括血管和神经在内的功能再生等

新一代的骨再生材料应该更多地从生物体自然再生过程中吸取灵感，尝试模仿并利用受体细胞的再生功能，并重现骨组织天然纳米级拓扑结构，达到理想再生效果。

随着对骨再生机制、特别是免疫调控过程研究的进一步深入，越来越多的骨增量材料可以实现对免疫细胞的靶向调控，通过重构缺损区微环境，最大限度地调动受体组织的成骨潜能。

另一方面，当前高速发展的(生物)增材制造/3D打印技术为下一代骨再生材料的设计与研发提供了更多的可能性。按此趋势，通过优化材料合成路径改善生物化学性质，并利用制造技术革新实现物理性质飞跃指日可待。

虽然此类基于新技术的骨再生材料在口腔种植临床中得到应用与检验的案例尚较为匮乏，但相信在不远的将来有望成为口腔种植骨再生的主流。

已完结

*声明：本文内容源于网络，版权归原作者所有

以上内容出自中国口腔种植学杂志2024年8月第29卷第4期 Chin J Oral Implantol, August 2024, Vol. 29, No. 4，作者：李歆，刘开政，武诗语，刘远翔，黄宝鑫，乔威， 潘浩波，陈卓凡。